Лабильность пространственной структуры белков (конформационная лабильность) - свойство белков незначительно изменять конформацию посредством разрыва одних и образования других слабых связей без потери биологической активности.
Связи, участвующие в формировании трехмерной пространственной структуры (конформации) и четвертичной структуры олигомерных белков относятся к числу слабых: энергия водородных, ионных и гидрофобных связей при комнатной температуре сопоставима с энергией теплового движения атомов. Тепловое движение атомов, входящих в состав белка, вызывает разрыв одних и образование других слабых связей, что приводит к небольшим сдвигам отдельных участков полипептидной цепи, не приводящим к нарушению биологической функции белка. Конформация белка может незначительно изменяться в некотором диапазоне физических (температура, давление), химических (рН, концентрация ионов) параметров, при взаимодействии с другими молекулами.
При экстремальных значениях рН, высоких температурах или под действием денатурирующих факторов происходит разрыв слабых связей, утрачивается биологическая функция белков. Наступает денатурация белков - изменение нативной конформации белков, сопровождающаяся потерей его биологической активности. Разрушается активный центр белка. Изменяется трехмерная структура белка, но первичная структура не нарушается, пептидные связи не разрываются. Изменяются физико-химические свойства, в частности, снижается растворимость. Гидрофобные радикалы, упакованные внутри гидрофобного ядра нативной молекулы белка, при денатурации оказываются доступными для межмолекулярного взаимодействия. Молекулы белков объединяются друг с другом с участием значительно большего числа связей, растворимость утрачивается, а образовавшиеся агрегаты белка выпадают в осадок. Осаждение в осадок агрегатов денатурированного белка объясняется тем, что белковый агрегат заключает внутри себя большее число связей, в том числе тех, которые в нативных молекулах белка были локализованы на поверхности белковых глобул и участвовали в создании гидратной оболочки. Белковый агрегат не располагает необходимым количеством групп (ионных и гидроксильных), локализованных на его периферии, способных взаимодействовать с молекулами воды, не способен создать необходимую гидратную оболочку и выпадает в осадок.
К факторам, вызывающим денатурацию, относятся: высокая температура - свыше 60°С (разрушает слабые связи, используется в медицине для стерилизации инструментов и материала); кислоты и щелочи (изменяют ионизацию, разрывают ионные и водородные связи); мочевина и гуанидинхлорид (разрывают и замыкают на себя водородные связи). Спирт и фенол разрушают гидрофобные и водородные связи, используются в медицине в качестве антисептиков, как и хлорамин, который действует как окислитель. Соли тяжелых металлов образуют нерастворимые соли белков и этих металлов.
Фолдинг белков - процесс свертывания полипептидной цепи в трехмерную пространственную биологически активную структуру, т.е. процесс, в ходе которого белок приобретает вторичную, третичную и, в некоторых случаях, четвертичную структуру. В процессе биосинтеза белка в клетке укладка полипептидных цепей в глобулы занимает нескольких минут. Согласно проведенным оценкам при случайном переборе всех допустимых конформаций белковой цепи это заняло бы ~10200 лет.
В фолдинге участвуют два вида белков - ферменты и шапероны. Фолдинг белков представляет собой высококооперативный процесс. Полипептидные цепи, имеющие одинаковую аминокислотную последовательность, при одинаковых условиях в клетке приобретают одинаковую конформацию, которая обеспечивает выполнение их специфической функции.
Процесс денатурации заключается в утрате всех видов структурной организации белка, кроме первичной. Особенностью денатурации является положительный кооперативный эффект, характерный для всех видов слабых взаимодействий, стабилизирующих белковые молекулы. При разрушении определенной части слабых связей молекула белка сразу же, практически мгновенно теряет нативную структуру.
При возврате условий к первоначальным возможен процесс восстановления нативной конформации белковой молекулы, называемый рефолдингом. Эффективность спонтанного рефолдинга чрезвычайно низкая и не превышает 1-2%.
